Возьмем подвижность иона μ=3∙10-4 м2/(В∙с), U=100 кВ, R=5 мм, r=20 см (порядок межэлектродных расстояний). Получаем 0,02 с. То есть за время импульса до иглы успеют дойти ионы отнюдь не из всего межэлектродного пространства.
Будем пока рассматривать только ионы, существовавшие в воздухе в момент начала разряда, пренебрежем ионами, возникшими из-за космического излучения во время разряда. За время t на иглу попадут ионы, находившиеся в момент начала разряда в пределах радиуса r:
Это значит, что полное число ионов N, попавшее на иглу с момента начала разряда до момента t, будет равняться:
Концентрация ионов ni в воздухе в нормальных условиях составляет 6∙109 1/м3. В результате оказывается что в случае сферического электрода частота падения ионов на электрод будет постоянна (это справедливо только в данной конфигурации поля) и равна:
Для приведенных выше значений параметров получаем ν=1,1∙1010 1/с, среднее время между падениями ионов 0,9∙10-10 с. Таким образом, затравочных электронов будет возникать достаточно. Даже учитывая коэффициент вторичной эмиссии в воздухе порядка 10-3, имеем среднее время между затравочными электронами около 0,1 мкс.
В результате мы делаем следующий вывод. Статистическое время запаздывания разряда, учитывающее время ожидания затравочного электрона, время развития лавины и время ожидания стримера, не превышает 0,5 мкс даже для самых длинных промежутков.
Если приложить к паре электродов с резко-неоднородным полем постоянное напряжение, в широком диапазоне напряжений будет наблюдаться классический коронный разряд – слаботочный разряд, в котором выделяются две зоны: небольшой светящийся чехол разряда вокруг электрода с малым радиусом кривизны, а также темная зона дрейфа [2].
Оказывается, в импульсном режиме, который был реализован в нашем опыте, классический коронный разряд не успевает развиться. Коронный разряд становится самостоятельным, благодаря вторичной эмиссии – в случае отрицательного острия положительные ионы возвращаются на катод и выбивают из него новые электроны. Сколько времени необходимо, чтобы заработал механизм вторичной эмиссии?
Воспользуемся для оценки формулой (2), полученной в предыдущем пункте. В случае уединенной отрицательной сферы положительному иону, чтобы дойти от радиуса r до поверхности сферы, требуется время t:
(3)
Как будет показано ниже, характерный интервал, на котором развивается лавина – 2-10 мм от поверхности электрода. Проведем оценки по формуле (3), взяв характерное для опытов напряжение 135 кВ. Для электрода относительно большого радиуса, r=40 мм, минимальное время, необходимое для запуска вторичной эмиссии, составляет 15-30 мкс. За это время напряжение на электродах, которое зависит от времени, успеет значительно упасть – длительность грозового импульса около 50 мкс. А вот для электрода r=2,5 мм время, необходимое для запуска вторичной эмиссии, составляет уже доли микросекунды. Следовательно, для электрода такого маленького радиуса возможно формирование чехла разряда за время грозового импульса.
Однако даже для электродов маленького радиуса зона дрейфа сформироваться не успевает – известно, что механизм проводимости в зоне дрейфа ионный, электроны в значительном количестве присутствуют лишь в чехле. Следовательно, минимальное время, необходимое для формирования хоны дрейфа – время перемещения отрицательного иона от катода до анода. Сделаем оценку по порядку величины, вновь используя формулу (3). Подставим вместо радиуса r характерное межэлектродное расстояние h=10 см. Получаем t=3300 мкс для r=2,5 мм и t=550 мкс для r=15 мм. То есть время формирования коронного разряда на порядок больше длительности импульса. Переход к пробою происходит не из состояния коронного разряда, а в результате гораздо более быстрого механизма – стримера. Проводимость стримера – электронная, благодаря чему замыкание межэлектродного промежутка происходит гораздо быстрее, как это было показано выше, в пункте «Время распространения стримера».
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.